幽门螺杆菌的致病机制及检测方法

宋元彬

幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp）属于螺杆菌属、革兰氏阴性菌，由澳大利亚病理学家Warren 和内科医生Marshall 于1983 年首次从慢性胃炎的胃黏膜活检组织中分离得到，它是目前发现的、唯一一种在人胃中被分离培养出来的微生物[1]。1984 年，Marshall 在血清中检测到其抗体。该菌在活体内呈螺旋形，在活体外呈杆状，加上其主要引起胃幽门部位的炎症病变，1989 年被正式命名为幽门螺杆菌。Hp 能分泌尿素酶，产生氨，可在强酸环境下存活，其菌体大小为（0.5～1.0）μm×（2.5～4.0）μm、螺旋形杆状、多鞭毛、末端钝圆，微需氧（环境氧要求5%～8%），主要寄居于胃和十二指肠内、是引起人类消化道疾病的重要致病菌。Hp 的感染呈全球性分布，西方国家Hp 的成人感染率为30%～50%；中国Hp 的成人感染率更高，达50%～80%。Hp 感染首先引起慢性胃炎，并导致胃溃疡和胃萎缩，严重者发展为胃癌或黏膜相关组织淋巴瘤，严重危害人类的健康[2-5]。1994 年，Hp被世界卫生组织列为Ⅰ类致癌因子[6]。因此，了解Hp 的危害、致病机制、检测方法及传播方式，可为其预防和临床检测提供一定的借鉴和参考，对胃癌的预防和控制也具有重要意义。

1 幽门螺杆菌的致病机制及危害

Hp 能在胃内酸性环境中生长繁殖，在胃黏膜局部分解尿素产生氨，并引起组织损伤；产生的毒素可损伤其周围的胃壁细胞，导致慢性胃炎，最后可造成胃萎缩甚至肠化。Hp 的致病机制是尿素酶、空泡毒素、内毒素、蛋白酶等多因素共同作用的结果，主要表现为Hp 在胃黏膜上定植，入侵宿主免疫系统，诱导炎症反应、免疫反应及毒素的直接作用。

1.1 Hp 定植 Hp 通常定植在胃黏膜上皮表面和胃黏液底层，也可在十二指肠胃黏膜化生区和Barrett食管等异位胃黏膜处定植。Hp 进入胃后通过鞭毛的摆动并利用自身的形态特点穿越黏液层，其螺旋状菌体为Hp 在黏稠的胃黏液中运动提供了前提，鞭毛的摆动为Hp 的运动提供了动力[7]。Hp 产生的尿素酶能将尿素分解为氨和二氧化碳（carbon dioxide，CO2），其中氨可以中和胃酸，有利于Hp 的生存。产生的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和过氧化氢酶（catalase，CAT）能保护Hp 不受中性粒细胞的杀伤。Hp 还可产生磷脂酶和黏液酶，磷脂酶可消化单层磷脂，使上皮细胞膜和黏液层溶化，增加黏膜的溶解性。黏液酶能分解胃黏液，降低胃黏液的黏稠度，损害胃黏膜，利于Hp 运动，使其易于定植。黏附是Hp 在胃黏膜表面定植的必要条件之一，Hp 通过产生的黏附因子紧密地黏附于胃上皮表面[8]。此外，铁调节基因的重排也利于Hp 的定植[9]。

1.2 损害胃及十二指肠黏膜 Hp 自身可诱导黏膜的炎症反应，另外Hp 分泌的空泡毒素（vacuolating cytotoxin，VacA）、尿素酶、磷脂酶、胃肠道激素和致炎因子等也会损害胃和十二指肠黏膜。

1.2.1 空泡毒素（VacA）VacA 是一种成孔毒素，其对宿主细胞的影响主要归因于细胞内位点的通道形成。多种细胞类型对VacA 敏感，包括胃上皮细胞、壁细胞、T 细胞和其他类型的免疫细胞[10]。VacA 是Hp 的主要毒力因子，通过引起细胞空泡化和凋亡发挥作用[11]。VacA 前体蛋白由N 端的信号肽（33 个氨基酸）、中间的细胞毒素（87 kDa）和C 端50 kDa 的结构域组成，该蛋白前体经修饰后成为成熟的VacA（87 kDa）[10-11]。VacA 的发病机制取决于s（signal）、m（middle）、i（intermediate）、d（deletion）和c 区域内的序列多态性。其中，s 区、m 区、d 区和c 区均包括2 种基因型（s1、s2，m1、m2，d1、d2，c1 和c2），而i 区域由3 种等位基因型（i1、i2 和i3）组成[12]。根据VacA 序列的不同组成可将Hp 分为s1/m1、s1/m2、s2/m2 三种基因型，其中VacA s1/m1 基因型毒素活性最强，VacA s2/m2 基因型无毒素活性。美国Hp 菌株以s1/m1 基因型为主，而中国Hp 菌株以s1/m2基因型为主。VacA 可干扰机体保护性免疫，同时增强了Hp 在胃内定植的能力。研究证实，约50%的Hp 菌株能产生有活性的VacA，使上皮细胞产生空泡变性[13]。

1.2.2 胃肠道激素、尿素酶和致炎因子 胃泌素促进黏膜细胞增生，与肿瘤的形成可能有一定的关系。Hp 感染者生长抑素释放减少、胃泌素释放增加，促进胃酸分泌，加重胃黏膜和十二指肠黏膜酸负荷而造成损伤。尿素酶损害胃黏膜屏障的主要原因在于尿素酶可分解尿素产生氨，尿素酶和氨的积聚可直接损伤胃黏液层和黏膜细胞。另一方面尿素酶可诱导胃上皮细胞及中性粒细胞表达分泌肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNT-α），白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等炎症介质；加上Hp 表面及分泌的可溶性成分和趋化蛋白能进一步激活中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞，使其产生TNF-α、白细胞三烯、白细胞介素-1（IL-1）和白细胞介素-2（IL-2），促进白细胞介素-8（IL-8）的激活反应，进而导致黏膜炎症的发生[14]。

1.2.3 其他致病因素 Cag 致病岛（cag pathogenicity island，CagPAI）、蛋白酶、磷脂酶也能造成胃及十二指肠黏膜的损伤。Cag 致病岛为Hp菌株内的一个特殊基因片段（长度约40 kb），由多达32 个开放阅读框组成，存在于致病相关菌株[13]。在全世界分离的所有Hp 菌株中，近70%的菌株被发现含有CagPAI[13]。研究表明，Cag 致病岛与VacA的产生密切相关[15]。CagA（cytotoxin-associated gene A）位于Cag 致病岛的一端，是一种存在于Hp 高毒株中的可溶性蛋白，也是Hp 产生致病性的重要毒力因子[16]。有证据显示，CagA 阳性株可显著促进胃泌素的表达，进而提高了癌症发生的风险[16-17]。Hp 蛋白酶、磷脂酶能破坏胃黏液层的完整性，增加黏液的可溶性并降低其疏水性，进而降低了黏液对上皮细胞的保护作用。此外，Hp 感染也可诱导产生特异性细胞和体液免疫，并诱发机体的自身免疫反应，损害胃肠黏膜。

1.3 幽门螺杆菌的危害 Hp 的感染呈全球性分布，感染人数庞大，大部分感染者无症状。公开数据表明，5%～10%的感染者表现为消化不良，15%～20%的感染者发生消化性溃疡，1%的感染者发生胃癌或胃黏膜相关淋巴组织淋巴瘤等恶性疾病。Hp 的感染率主要取决于人种差异、受教育程度、经济状况、高危职业及当地公共卫生状况等因素。Hp感染率随年龄增加而上升，亚洲地区的感染率约80%，发达国家约为40%，男性略高于女性[18]。

当前Hp 已成为消化性溃疡及其治疗后复发的主要原因，其在胃溃疡患者中的检出率超过70%，在十二指肠溃疡患者中的检出率更是高达95%～100%。另外，Hp 与高血压病[19]、肝硬化[20]、慢性荨麻疹[21]、动脉粥样硬化[22-23]、代谢综合征[24]和糖尿病[25]等疾病也密切相关。由于Hp 可引起胃癌及胃黏膜相关组织淋巴瘤的发生，因此及早发现Hp 感染者并有效地杀灭幽门螺杆菌，对胃癌的预防和控制具有重要意义。

2 幽门螺杆菌的主要检测方法

幽门螺杆菌感染检测方法可分为有创和无创两大类，有创检测需在胃镜下取胃黏膜组织进行检查，如快速尿素酶试验、活组织镜检和病理染色检查等；无创检测主要包括13C 和14C 尿素呼气试验、Hp 抗体检测和粪便Hp 抗原检测等几种方法[26-29]。和有创检测相比，无创检测更易于接受，因而应用更为广泛。

2.1 有创检测方法 在有创检测方法中，快速尿素酶试验（rapid urease test，RUT）和吉姆萨染色（Giemsa stain）因简单可靠在临床上广泛应用[30]。快速尿素酶试验是有创检测Hp 感染的首选方法，该方法能直观观察患者是否感染Hp，灵敏度达94%左右、特异性达95～100%、精确度达95%，具有操作简便、快速，安全，准确等特点，适用于首次胃镜检查[31]。但是该方法属于有创检查，不适用于复查。活组织镜检法（直接涂片）操作简便，主要用于Hp 的快速诊断，但在菌量少时易漏诊。组织病理学方法的敏感性和特异性达98%左右，传统的Giemsa 染色成本较高、耗时长、操作步骤较为繁琐。Fan 等[30]对Giemsa 染色法进行了改良，与传统的Giemsa 染色法相比，改良的Giemsa 染色更简单、省时，灵敏度与传统的染色方法相当，并被证实优于RUT 检测。因此，该方法可用于常规临床检查，为Hp 感染患者提供快速准确的诊断。

2.2 无创检测方法 尿素呼气试验（urea breath test，UBT）已被证实是一种高准确性的检测方法，该方法包括13C-UBT 和14C-UBT，二者效果相似，敏感性和特异性均达95%左右[32]。尿素呼气试验的检测原理是受检者先服用13C 或者14C 同位素标记的尿素，假如其胃中存在Hp，则Hp 分泌的尿素酶会将尿素分解成氨和13C 或14C 标记的CO2。通过检测受检者呼气吹出的CO2以确定受检者是否感染Hp。该方法诊断快速、无痛，同时可反映胃的感染情况，很大程度上避免了活检标本的局限性，因此在临床上广泛用于判断患者的感染情况及治疗后的复查。但是，如果患者在检查前服用过抑酸剂，则可能导致假阴性。需注意的是，13C-UBT 和14C-UBT 可造成放射性污染，对孕妇和儿童不适用。血清学抗体试验简单易行、价格便宜，但是该方法无法区分患者为既往感染还是正在感染，因此常用于人群感染情况的流行病学调查。Hp 血清抗体也可通过免疫印迹法进行检测，其优点是可以确定个体对不同抗原的血清学反应，在美国和日本患者中，这种方法的敏感性达99%、特异性98%[33]。粪便Hp 抗原检测方法抗原标本为粪便，抗体标本为血液、血清、指尖血。基于单克隆抗体的粪便抗原试验敏感性为84.6%，特异性达94.7%[34]。该方法操作简便、快速，易于检测，检测结果通常为既往感染。

近年来，基于聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）的方法，包括多重PCR、实时荧光定量PCR 也被广泛用于Hp 的检测[35-37]。

3 结论与展望

Hp 通过在胃黏膜上定植，产生尿素酶、VacA、内毒素、胃肠道激素和致炎因子等损伤胃及十二指肠黏膜而致病，对人类健康造成严重威胁。在现有的Hp 检测方法中，快速尿素酶试验是有创检测的首选方法。相比而言，13C 和14C 尿素呼气试验因准确性高、灵敏、特异、无创而被广泛应用。近年来，研究人员基于CRISPR-Cas12/13 结合环介导等温扩增（loop-mediated isothermal amplification，LAMP）的方法开发出一系列高灵敏、高特异且易于操作的生物传感器用于检测沙门氏菌[38]、分枝杆菌[39]、新冠病毒[40]等病原菌或病毒，未来研究人员也可尝试将该方法用于Hp 的检测。Hp 主要通过“人-人”或“粪-口”等方式传播，为了避免Hp 的感染，日常生活中要做好个人卫生防护，尽量避免家庭群集性感染。总的来讲，我们要充分认识幽门螺杆菌的危害，了解其致病机制、检测方法及传播方式，做好日常生活中的预防工作，确保个人的生命健康。